Справочные Материалы

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ

1 - стержень; 2 - участок перехода; 3 - покрытие; 4 - контактный торец без покрытия.

Рис. Покрытый электрод. Современные качественные электроды изготовляют на электродных заводах или в специальных электродных мастерских. Стальную электродную проволоку для изготовления электродов правят и рубят на стержни необходимой длины. Обычно операции правки и рубки объединены в одном

правильно-рубильном станке. Поверхность проволоки тщательно очищают от ржавчины и других загрязнений. Компоненты обмазки должны быть предварительно тонко измельчены.

В процессе сварки за короткий промежуток времени из составных частей обмазки, часто весьма тугоплавких и трудно растворимых в шлаке, должен образоваться шлак. Полное сплавление и образование шлака нужного состава за такое время может произойти лишь при наличии весьма тонкого измельчения и тщательного перемешивания составных частей обмазки.

Дробление компонентов, поступающих в крупных кусках, производится в две стадии: грубое и тонкое дробление, или размол. Грубое дробление производится различными дробилками. Тонкое дробление, или размол компонентов, чаще всего производится в шаровых мельницах. Молотые компоненты из шаровой мельницы просеиваются на ситах обычно с числом отверстий 1600-3600 на 1 см2. Из подготовленных, размолотых и просеянных компонентов изготовляется обмазочная паста для электродов. В настоящее время существует два основных способа производства обмазанных электродов: 1) обмакиванием или окунанием и 2) опрессовкой.

Пасту для обмакивания следует замешивать примерно до сметанообразного состояния. Сначала смешивают сухие компоненты, а потом их замешивают на растворе связующего вещества, обычно на растворе жидкого стекла. При методе обмакивания электродные стержни погружают в ванну с жидкой обмазочной пастой и медленно вытягивают из неё; стержни при этом покрываются равномерным слоем обмазки. Способ обмакивания сохранился лишь для обмазок, непригодных для нанесения опрессовкой, для тонких обмазок и в мелких электродных мастерских, не располагающих обмазочными прессами.

Более совершенный и преобладающий на современных электродных заводах способ нанесения обмазки опрессовкой осуществляется на специальных электродных прессах, работающих при высоких давлениях, 400-800 атм. Обмазочная паста для опрессовки имеет консистенцию влажной земли и при сжатии в руке слипается в комок. Обмазочная паста периодически загружается в цилиндр пресса. Электродные стержни проталкиваются через мундштук цилиндра в количестве от 200 до 600 шт. в минуту и выходят покрытыми плотным слоем обмазки вполне равномерной толщины. По выходе из пресса один конец электрода зачищается для захвата держателем. Современный электродный пресс обеспечивает производительность около 2000 м. электродов в год при односменной работе. Электроды, изготовленные обмакиванием, проходят предварительную сушку при температуре до 40-50° С. Предварительная сушка необходима для устранения растрескивания слоя обмазки, которое получается при слишком форсированной высокотемпературной сушке. Спрессованные электроды ввиду малого содержания влаги в пасте не нуждаются в предварительной сушке и подвергаются сразу окончательной сушке. Окончательная сушка, или прокалка электродов имеет целью удалить по возможности всю влагу из пасты и придать слою обмазки максимальную механическую прочность за счет химических реакций между жидким стеклом и компонентами обмазки.

Окончательную сушку можно вести форсированно, при высоких температурах. Для электродов, не содержащих органических веществ, температуру прокалки можно доводить до 300-400° С, для обмазок с органическими веществами — не выше 150-180° С во избежание разложения органических веществ. По окончании сушки электроды идут на контроль и упаковку. От каждой партии электродов берется проба для выполнения опытной сварки. Электроды следует хранить в сухом отапливаемом помещении во избежание порчи электродов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКРЫТЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

На основе химического состава покрытия проведена классификация качественных электродных покрытий:

1. Руднокислые покрытия содержат окислы железа и марганца (обычно в виде руд), кремнезем, большое количество ферромарганца; для создания газовой защиты зоны сварки в покрытие вводят органические вещества (целлюлозу, древесную муку, крахмал и пр.), которые при нагревании разлагаются и сгорают с образованием смеси защитных газов. Электроды имеют довольно большую скорость расплавления, коэффициент наплавки 8-11 г/А·ч, пригодны для сварки во всех пространственных положениях на постоянном и переменном токе; наплавленный металл соответствует типу электродов Э42 и содержит <0,12% С; <0,10% Si; 0,6-0,9

Мn; < 0,05% Р и < 0,05% S.

При плавлении электрода идет интенсивная экзотермическая реакция марганца и углерода кислородом окислов, разогревающая сварочную ванну и обеспечивающая гладкую поверхность наплавленного металла с небольшой чешуйчатостью. При большом содержании марганцевой руды образующийся дым вреден для сварщика и при недостаточной вентиляции может постепенно отравлять его соединениями марганца. Электроды широко применяются в производстве всевозможных изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, но на ряде предприятий Советского Союза применение этих электродов ограничено или запрещено из-за их токсичности.

2.Рутиловые покрытия получают значительное применение в связи с развитием добычи минерала рутила, состоящего в основном из двуокиси

титана TiO2. В покрытия, помимо рутила, введены кремнезем, ферромарганец, карбонаты кальция или магния. Покрытия по технологическим качествам близки к руднокислым, дают лучшее формирование, меньшее разбрызгивание и выделение газов, считаются менее вредными для сварщика. Наплавленный металл соответствует электродам типа Э42 и Э46; электроды могут применяться для более ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

3.Фтористо-кальциевые покрытия состоят из карбонатов кальция и магния, плавикового шпата и ферросплавов. Покрытия называются также основными, так как дают короткие шлаки основного характера, а электроды

стаким покрытием называются также низководородистыми, так как наплавленный металл содержит водорода меньше, чем при других покрытиях.

Газовая защита ванны обеспечивается двуокисью и окисью углерода, образующимися при разложении карбонатов под действием высокой температуры. Электроды чаще используются на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде).

Наплавленный металл по составу соответствует спокойной стали, отличается чистотой, малым содержанием кислорода, азота и водорода; понижено содержание серы и фосфора, повышено — марганца (0,5-1,5%) и кремния (0,3-0,б%). Металл устойчив против старения, имеет высокие показатели механических свойств, в том числе ударной вязкости, и нередко по механическим свойствам превосходит основной металл. Электроды с этим покрытием рекомендуются для наиболее ответственных конструкций из углеродистых и легированных сталей.

Электроды с фтористо-кальциевым покрытием на протяжении многих лет являются наилучшими по качеству наплавленного металла. Чувствительны к наличию окалины, ржавчины, масла на кромках основного металла и в этих случаях дают поры, как и при отсыревании электродов. Свойства наплавленного металла можно менять в широких пределах, меняя количество ферросплавов в покрытии. Широко известен электрод этого типа, маркируе-мый УОНИ-13; он имеет несколько разновидностей; УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и т. д.; второе число указывает предел прочности наплавленного металла.

4.Органические покрытия состоят из органических материалов, обычно из оксицеллюлозы, к которой добавлены шлакообразующие

обмазочной пасты, что облегчает работу обмазоч-ных прессов. Примером электродов фтористо-кальциевого типа могут служить электроды УОНИ-13.

Механические свойства сварного соединения характеризуются высокой прочностью и вязкостью, например для УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55 ударная вязкость составляет 25-30 кГм/см2, что является чрезвычайно высоким значением и далеко превосходит значения ударной вязкости основного металла.

Электроды рекомендуются для сварки в нижнем положении, но возможна также сварка в вертикальном и потолочном положениях. Ток постоянный, полярность обратная, т. е. плюс на электроде. При работе на переменном токе необходимо применение осциллятора. Существуют разновидности электродов УОНИ-13, в обмазку которых добавляют сильные ионизаторы, что дает возможность работать на переменном токе без осциллятора. Качество сварки электродами УОНИ-13 следует признать выдающимся, показатели механических свойств сварного шва и наплавленного металла получаются часто выше показателей основного металла.

Назначение отдельных компонентов покрытия УОНИ-13 может быть объяснено следующим образом. Основная составная часть мрамор СаСО3при нагревании разлагается на окись кальция СаО, идущую в шлак, и газ СО2, частично восстанавливающийся до СО. Двуокись углерода СО2производит окисляющее действие и связывает водород, попавший в зону сварки в водяной пар H2O. Газы СО2, и СО практически нерастворимы в металле. СО2 заполняет зону сварки, вытесняя из нее воздух и создавая защитную атмосферу. Окислительное действие СО2 на металл компенсируется наличием сильных раскислителей в сварочной ванне. Плавиковый шпат СаF2 снижает температуру плавления и вязкость шлака. При нагревании СаF2 частично разлагается, освобождающийся фтор образует с водородом очень прочный фтористый водород, не растворяющийся в металле.

Покрытие негигроскопично, не включает компонентов, содержащих водород, и при изготовлении прокаливается при температуре 300-400° С. В результате содержание водорода в наплавленном металле сводится к минимуму, устраняя источник образования пор и трещин, оно в несколько раз меньше, чем при рудно-кислых покрытиях. Кварц вводят в покрытие для разжижения шлака и уменьшения выгорания кремния в металле. Ферромарганец и ферросилиций вводят для легирования металла. Ферротитан с содержанием около 23% Ti вводят как сильный раскислитель

и модификатор наплавленного металла; титан в процессе сварки выгорает почти полностью и в составе наплавленного металла практически не обнаруживается.

Вес приведенных качественных покрытий составляет 30-40% веса электродного стержня. Для составления обмазочной пасты к сухой смеси добавляют 30% водного раствора жидкого стекла плотностью 1,40 или 1213% в пересчете на сухой остаток.

Существуют специальные электроды, дающие повышенную производительность по наплавленному металлу. Для этой цели в покрытие электродов добавляется железный порошок, изготовляемый на специальных заводах. Количество вводимого порошка железа меняется в разных электродах от 5 до 50% веса электродного стержня и более; вес покрытия может достигать 100-180% веса стержня. Коэффициент наплавки повышается до 12-20 г/A·ч против обычных значений 8-10 г/A·ч; производительность наплавки может быть увеличена в 1,5-2 раза при том же токе.

пищевой, текстильной промышленности, работающей при температуре до 650 °С